用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置的製作方法
2023-12-01 06:10:36 2
專利名稱：用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到高溫超導膜的制膜設備，特別是涉及採用光束共蒸發工藝製備大面積高溫超導釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7-δ)厚膜用的設備。
背景技術：
目前，製備大面積高溫超導厚膜的主要困難是沉積速率慢，費用高，隨著膜面積變大難度迅速增加。常用製備大面積高溫超導膜的方法是脈衝雷射沉積法(以下簡稱PLD)，濺射法，電子束共蒸發等。PLD方法能生長出超導性能優良的高溫超導薄膜，但它的生長速度會隨膜層面積增加增厚而變緩慢，製備難度亦隨之迅速增加。此外，PLD法還需要昂貴的大功率準分子雷射器，而且用雷射加熱靶會產生小顆粒(particle)，影響膜的質量。如文獻1Double-sided YBa2Cu3O7-δthin films madeby off-axis pulsed laser deposition，supercond.Sci.Technol.14，543-547，2001中所介紹的。採用濺射方法製備大面積YBa2Cu3O7-δ膜，如文獻2Uniform depositionof YBa2Cu3O7-δthinfilms over an 8 inch diameter area by a 90°off-axis sputteringtechnique，Appl.Phys.Lett.69(25)3911，1996中所介紹的，該方法易形成反濺射，使YBa2Cu3O7-δ膜的質量下降，而且製備速度比PLD方法還慢得多。另外，各元素的蒸發速率不一樣，使膜的成分發生偏離。電子束共蒸發製備大面積高溫超導膜，如文獻3Properties of thin and ultra-thin YBCO films grown by a Co-evaporationtechnique，Journal of Alloys and Compounds 251，156-160，1997中所述，該方法的電子槍，熱源等都需要超高真空，而生長高溫超導膜又需要氧氣，同時電子槍設備必須用高電壓，這些造成該方法的設備複雜，費用昂貴。另外，該方法一般需要後退火處理，不適合製備高溫超導厚膜。因此，經實踐證明以上方法都不是生長大面積高溫超導厚膜的理想方法。
發明內容
本實用新型的目的之一在於克服PLD方法雖能生長出性能優良的高溫超導薄膜，但它的生長速度會隨膜層面積增加而變的緩慢，而且製備難度隨膜層面積變大和變厚而迅速增加的缺點；目的之二還在於克服濺射法製備速度慢，並且制膜過程中容易形成反濺射，使膜的質量下降以及各元素的蒸發速率不一樣，使膜的成分發生偏離的缺點；目的之三還要克服電子束共蒸發方法製備儀器的複雜和電子槍需要超高真空而高溫超導膜需要氧氣的矛盾，克服其需要後退火的缺點。為了製備高溫超導膜的面積達到5mm-200mm的尺寸範圍內，同時又實現膜厚到800nm-20μm，從而提供一種採用光束共蒸發製備大面積高溫超導厚膜的設備和方法；目的之四還在於克服已有的製備方法中還需要使用昂貴的大功率準分子雷射器，大大地提高了成本的缺點；從而提供一種用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置。
本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型提供的一種用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置，包括光源；其特徵在於還包括一凹面鏡、凸透鏡；其中光源放在一凹面鏡、凸透鏡之間，並處在凹面鏡的焦點上；凸透鏡的焦點在靶面上；光源和凹面鏡放在凸透鏡的2倍焦距之外，該聚焦系統安裝在真空室外；光源與凸透鏡之間的光束經過凸透鏡後聚焦在凸透鏡的焦點上(靶面上)，光源與凹面鏡之間的光束經凹面鏡反射，再經凸透鏡成像在凸透鏡的1倍2倍焦距之間，所形成的光斑落在靶面上，所有光束通過真空室的觀察窗入射到真空室內的靶面上。真空室內安裝有幾個靶，就可以安裝有幾個聚焦系統。
所述的光源採用大功率雷射器或者滷素燈。
所述的透鏡和凹面鏡的焦距根據實驗儀器的實際情況選擇。
本實用新型提供的用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置進行共蒸發製備大面積高溫厚膜的方法，包括採用靶加熱器加熱靶，當靶的溫度高於靶材的升華點，靶材被蒸發；還包括一採用大功率雷射器或者滷素燈做光源，光源輸出光經過凹面鏡和凸透鏡組成的聚焦系統，把光束聚焦在靶面上，使得靶表面的溫度易於達到靶材的升華點。
本實用新型的優點本實用新型的用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置，由於採用大功率雷射器或者滷素燈做光源，光經過凹面鏡和凸透鏡聚焦系統，使得靶表面的溫度容易達到實驗的要求(1000-3000℃)，因此蒸發的速率高。在通過靶加熱器加熱靶，靶的溫度以及靶與基片的距離很容易控制蒸發速率和膜層的正確的原子比。因此，採用共蒸發的方法所生長大面積YBa2Cu3O7-δ膜的厚度迅速增長，並且膜的厚度和組分容易控制。膜的尺寸也不受限制，可以實現原位退火；該方法設備採用的光源是大功率雷射器或者滷素燈，費用低。本設備是在原有的一般真空系統上增加光束聚焦系統，而光束聚焦系統又採用凸透鏡和凹面鏡，設備簡單。在聚光系統中，光源放置在凹面鏡焦點上，將光源和凹面鏡放在凸透鏡的2倍焦距外。這樣，光源發出的光經過凹面鏡反射後經凸透鏡成像在靶面上，輔助加熱靶面，避免羽輝中產生小的顆粒(particle)，利用此技術所生長的厚膜質地均勻緻密，性能優良，符合應用的需要。綜上所述，本方法簡單易行，本設備造價低廉，特別適合大規模生產。
圖1是本實用新型的用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置結構示意圖圖2是本實用新型的用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置安裝在真空室外的示意圖本專用裝置的主要特徵在於包括一凹面鏡10、凸透鏡4和光源3；其中光源3放在一凹面鏡10、凸透鏡4之間，並處在凹面鏡10的焦點上，凸透鏡4的焦點在靶面上；光源3和凹面鏡10放在凸透鏡的2倍焦距之外；光源3與凸透鏡4之間的光束經過凸透鏡4後聚焦在凸透鏡4的焦點上(即靶面上)，光源3與凹面鏡1之間的光束經凹面鏡10反射，再經凸透鏡4成像在凸透鏡的1倍2倍焦距之間，所形成的光斑11落在靶面上，所有光束9通過真空室的觀察窗5入射到真空室內的靶1面上，用光束加熱靶，使製備膜所需要的各成分共同蒸發到基片8上。真空室內安裝有3個靶1，所以安裝有3個聚焦用的專用裝置6。
本實施例的真空室即薄膜生長室，其上有Φ100的觀察窗5作為雷射入射窗、基片加熱器7、普通氣體和活性氣體引入口，熱偶及引入引出電極六對。為工作方便，在真空室的頂端和前方裝有兩個Φ200法蘭的可開閉活門，兩個活門均可用金屬銅墊或氟橡膠O圈兩種密封結構。室內配有3套靶組件，靶1與基片加熱器7的相對位置要滿足制膜的要求，角度小於30度。該真空系統配有8升機械泵和500升渦淪分子泵，本底真空度1×10-5Pa。在真空室上裝有氣壓表，真空度由FZh-2K型複合真空計檢測。有兩路抽氣通道，需要真空或低氣壓流動鍍膜時，同時啟動機械泵和分子泵。需低真空或高氣壓流動鍍膜時，僅啟動泵，此時流動氣體不經過分子泵，對分子泵有一定的保護作用。其餘與通常的鍍膜設備一樣。
所述的光源3採用大功率雷射器或者滷素燈。
權利要求1.一種用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置，包括光源；其特徵在於還包括一凹面鏡、凸透鏡；其中光源放在一凹面鏡、凸透鏡之間，並處在凹面鏡的焦點上；凸透鏡的焦點在靶面上；光源和凹面鏡放在凸透鏡的2倍焦距之外，該聚光裝置安裝在真空室外；光束通過真空室的觀察窗入射到真空室內的靶面上。
2.按權利要求1所述的採用光束共蒸發技術用的聚光裝置，其特徵在於真空室內安裝有幾個靶，相應安裝有幾個聚光裝置。
3.按權利要求1所述的採用光束共蒸發技術用的聚光裝置，其特徵在於光源採用大功率雷射器或者滷素燈。
專利摘要本實用新型涉及用於真空鍍膜工藝的光束共蒸發專用裝置。該裝置包括光源；其特徵在於還包括一凹面鏡、凸透鏡；其中光源放在一凹面鏡、凸透鏡之間，並處在凹面鏡的焦點上；凸透鏡的焦點在靶面上；光源和凹面鏡放在凸透鏡的2倍焦距之外，該聚焦系統安裝在真空室外；光束通過真空室的觀察窗入射到真空室內的靶面上。真空室內安裝有幾個靶，就可以安裝有幾個聚焦系統。光源輸出光經過凹面鏡和凸透鏡組成的聚焦系統，把光束聚焦在靶面上，使得靶表面的溫度易於達到靶材的升華點。採用該裝置製備的厚膜超導性能優良、質地均勻、緻密、適合工業化應用。
文檔編號H01L39/24GK2546457SQ0224053
公開日2003年4月23日 申請日期2002年6月14日 優先權日2002年6月14日
發明者朱亞彬, 周嶽亮, 王淑芳, 許加迪, 陳正豪, 呂惠賓, 楊國楨 申請人:中國科學院物理研究所